Tesla tonu belirleyen ilk firma, elektrikli araç bataryası pazarı değişmek üzere ve batarya artışı durdurulamaz!
("MIT Technology Review" APP'nin Çince ve İngilizce sürümü artık çevrimiçi ve yıllık aboneler her hafta teknoloji İngilizcesi dersini canlı yayınlıyor ve ayrıca bir teknoloji İngilizce öğrenme topluluğu da var ~)
Son yıllarda en dikkat çeken konulara gelince, elektrikli araçlar bunlardan biri olmalı. Elektrikli araçlara olan talep iyi bir büyüme ivmesini sürdürdü.Büyük üreticilerin bir araya gelmesine ek olarak, ana neden, ülkelerin çevre koruma eğilimlerini güçlü bir şekilde desteklemesi ve sübvansiyon politikaları sunması. Elektrikli araçlar zorunlu bir gelişme haline geldi ve birkaç büyük ülke, yakıtlı araçların sonlandırılması için bir son tarih belirledi.
Fransa, Paris Anlaşması'nın yerine getirilmesi için Temmuz 2017'de 2040 yılında benzinli ve dizel araç satışına yasak getirdiğini duyurdu. İngiliz hükümeti de aynı şeyi yaparak zararlı nitrojen dioksit emisyonlarını azaltmak için 2040 yılına kadar benzinli ve dizel araçların satışını yasaklamayı umduğunu vurguladı. Dizel araçların nihai hedefi. Benzinli araçların yakında kaldırılacağını açıklayan diğer ülkeler arasında 2030'da dizel araçların geçiş hakkını yasaklayan Almanya, Hollanda ve Norveç ile 2025'te dizel araç satışını yasaklayan Norveç yer alıyor.
Şekil Fransız hükümeti 2040 yılında benzinli ve dizel araç satışını yasaklayacağını açıkladı
Buna ek olarak, dünyanın en büyük otomobil pazarı olan Çin, 2020'de yıllık 2 milyon elektrikli araç satışı gerçekleştirecek. Dolayısıyla elektrikli araçların akaryakıt araçlarını geçtiği gün her zaman gelecek ve elektrikli araçların küresel satışları sadece sonuna kadar artacaktır. Bununla birlikte, saf elektrikli araçların devam eden popülaritesi karşısında, insanların önünde çok doğrudan bir sorun var: Piyasadaki lityum piller hala yeterli mi?
Tayvanlı bir elektronik dökümhanesinin üst düzey bir yöneticisi DT Jun'a verdiği demeçte, "Son zamanlarda piller stokta yok. Elektrikli araçlara olan güçlü talep ve pil endüstrisindeki sınırlı kapasite nedeniyle, PC ve cep telefonu ürünleri için pil tedariki bile etkilendi" dedi. . Sektör profesyonellerinden birkaç söz, elektrikli araç pazarının ne kadar sıcak olduğunu görebilir.
Bir elektrikli otomobil, ortalama olarak yaklaşık 5.000 pil hücresi kullandığından, 6 veya 8 pil hücresi kullanan ortalama bir dizüstü bilgisayardan kat kat daha büyüktür.Araba üreticileri aktif olarak mal alırken, üçlü lityum pillere olan talep bu yılın ikinci yarısında acil olabilir. Sonuç olarak, BT ürünleri için pil tedariki de kalabalıktır.
Şekil Bir Tesla Model S, 7000'den fazla tek hücre taşır
Sektördeki uzmanlar, elektrikli araç pillerinin şu anki fiyatının bu yıl sabit olan kilovat saat (kWh) başına yaklaşık 1100-1200 yuan olduğuna dikkat çekti, ancak üçlü lityum pillerde kullanılan "kobalt" ve "nikel" olduğunu belirtmekte fayda var. Hammadde fiyatları son yıllarda yeni zirvelere ulaştı, bu nedenle önümüzdeki yılın ilk yarısında pil fiyatlarının yükseleceğini tahmin etmek mantıklı.
Ana akım üreticiler artık lityum demir fosfat pillere bağlı kalmıyor, üçlü lityum piller yüksek büyüme gösteriyor
Geçmişte, otomobil üreticileri, lityum demir fosfat piller ve üçlü materyal lityum piller (kısaca üçlü lityum piller) arasında seçim yapma karmaşasına bir cevap bulmuşlardı.Gelişmiş Endüstriyel Araştırma Enstitüsü'nün (GGII) istatistiklerine göre, bu yıl Ocak-Kasım arası üç Birincil pillerin kurulu kapasitesi, yıllık% 141'lik bir artışla 11.51GWh; lityum demir fosfat pillerin kurulu kapasitesi ise yıllık% 20'lik bir düşüşle 11.56GWh idi. Batarya enerji yoğunluğu gereksinimlerinin gelecek yıl daha da iyileştirileceği belirlendiğinden, üçlü bataryaların toplam kurulu kapasitesinin daha da artması bekleniyor.
Lityum demir fosfat pillerle başlayan BYD bile geçtiğimiz günlerde tüm binek araçların 2018'den itibaren üçlü lityum piller kullanacağını duyurdu. Şu anda üçlü lityum pillerin elektrikli araç pillerinin teknik özelliklerini ve standartlarını kazandığı görülüyor. Baskın bir konum kazandı.
Şekil Elektrikli araç şarj portu
Pek çok kişi elektrikli araç akülerinden güç aküsü olarak bahsediyor. Güç bataryası, evden, endüstriden nakliyeye kadar geniş bir uygulama yelpazesi olan yüksek kapasite ve büyük çıkış gücü anlamına gelir. Örneğin, elektrikli matkaplarda kullanılan güç pilleri, elektrikli testereler, elektrikli çivi tabancaları vb. Gibi elektrikli aletler ve elektrikli araçlar, elektrikli motosikletler ve elektrikli bisikletleri içeren ulaşım araçları gibi net bir talep ve satışları artan bir uygulama var. Veya gelecekteki tip tek kişilik elektrikli küçük arabalar vb.
Elektrikli araç güç pilleri kısmında lityum demir fosfat piller ve üçlü lityum piller geçmişte farklı avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Geçmişte lityum demir fosfat pil teknolojisi ilk olarak Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada'da geliştirilmiştir. Kanada gibi temsili üreticiler Sırasıyla Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Phostech ve A123 Systems, lityum demir fosfat pil katot malzemelerine ilişkin patentlerin çoğunda ustalaşmıştır. Daha sonra, A123 Systems 2012'de Çinli otomobil parçaları devi Wanxiang Group tarafından satın alındı ve Phostech 2014'e satıldı. İngiliz demir dışı metal devi Johnson Matthey. Ek olarak, Çin'in BYD'si de lityum demir fosfat pillerle başladı. Lityum demir fosfat pillerin avantajları şunlardır: Birçok kez şarj edilebilir ve kullanım ömrü 5 yıla kadar çıkabilir.Erken elektrikli araçlarda kullanılan ana batarya teknolojisidir.
Şekil A123 Sistemleri
Ancak neden üç bileşenli lityum piller otomobil üreticileri tarafından tercih edilebilir? Ana neden yüksek enerji yoğunluğu (enerji yoğunluğu) . Otomotiv endüstrisi batarya "enerji yoğunluğunu" iyileştirmeyi sürdürdükçe, bataryanın enerji yoğunluğu ne kadar büyükse, birim hacim başına o kadar fazla elektrik depolanır ve kullanıcıların tek bir şarjla daha uzun mesafe kat etmeleri sağlanır. Enerji yoğunluğu, elektrikli araçlar için pil seçiminin anahtarıdır. Devlet Konseyi tarafından yayınlanan "Made in China 2025" e göre, Çin'in pilinin 2020 yılına kadar 300 Wh / kg ve 2025 yılına kadar 400 Wh / kg enerji yoğunluğuna ulaşması gerekiyor. Bu standarda bakıldığında, lityum demir fosfat pillerin elde edilmesi zordur.
Üçlü lityum pilin teknolojik lideri esas olarak Japonya ve Güney Kore'dir. Üç öğe olarak adlandırılır çünkü üç öğe kullanır: Katot malzemesi olarak nikel kobalt manganez (NCM) veya nikel kobalt alüminyum (NCA) kullanılır. Üçlü lityum piller uzun zamandır bilişim sektöründe dizüstü bilgisayar, tablet, akıllı telefon pilleri gibi yaygın olarak kullanılmaktadır.Ayrıca uzun yıllardır bilişim sektöründe kullanıldıkları için teknoloji ve fiyat açısından oldukça yüksek bir seviyeye ulaşmışlardır. Olgun aşamada, otomobil üreticileri bu teknolojiyi elektrikli araçlara aktarmayı umuyor ve en aktif olanı Tesla.
Eski Tesla pil teknolojisi direktörü Kurt Kelty (Ağustos 2017'de Tesla'dan ayrıldı) geçmişte Tesla'nın piyasada 300'den fazla pil denedikten sonra üçlü lityum pilleri seçtiğini kamuoyuna açıkladı. Yani, enerji yoğunluğu daha fazladır, kararlılık ve tutarlılık iyidir ve diğer önemli şey, pil sisteminin maliyetini etkili bir şekilde düşürmektir. Tesla'nın ilk modeli Roadster, 18650 lityum kobalt oksit piller kullanıyor ve ikinci model olan Model S, nikel-kobalt-alüminyum üçlü katot malzemelerle NCA lityum piller kullanmaya başladı.
Şekil Tesla Model S, Panasonic tarafından sağlanan üçlü bir lityum pil kullanır
NCA, Tesla'nın ortağı Panasonic'in getirdiği teknolojidir ancak sürecin zorluğundan dolayı özel üretim yöntemlerinin kullanılması gerektiği için kaliteli ürün üretebilecek pek fazla firma yok. Koreli üreticiler çoğunlukla NCM pilleri geliştiriyor. Bununla birlikte, Panasonic'in Tesla NCA lityum pilleri sağladığını gören güç kaynağı kapasitesi doğrulandı, bu nedenle Samsung'un bir yan kuruluşu olan Samsung SDI ve LG Group'un bir yan kuruluşu olan LG Chem da geçtiğimiz günlerde elektrikli arabalara güç sağlamak için kullanılabilecek NCA lityum pilleri piyasaya sürmeyi düşündüklerini açıkladılar.
Buna ek olarak, Tesla üçlü bir lityum pil kullanır.Yüksek pazar payı ve pil yönetimi teknolojisindeki liderliği, Tesla'ya elektrikli araç pillerinin teknik özelliklerinde önemli bir ses vermiştir. Büyük fabrikalar döndü BYD bile lityum demir fosfat pillere bağlı kalmaktan vazgeçti. Yakın zamanda toplu taşıma araçlarında lityum demir fosfat pil kullanmaya devam edebileceğini duyurdu. 2018'den itibaren tüm binek otomobiller üçlü lityum piller kullanacak. Ve Qinghai'deki 10 GWh üçlü lityum pil üretim kapasitesine sahip bir pil fabrikasını genişletecek.
"Tesla, üçlü lityum pillerin seri üretimini önceden gerçekleştirdiğinde, endüstri bu yönde alındı ve elektrikli araç pilleri için şartnameler kabaca oluşturuldu. Araçlar, enerji yoğunluğu ve dayanıklılık olarak değerlendirildi. Enerji endüstrisinde uzmanlaşmış bir araştırma kuruluşu olan EnergyTrend'in kıdemli araştırma müdürü Lu Lishun, "Sabit" (pil konumu nispeten sabittir, şebeke enerji depolama pilleri gibi) pazarı, ömrü, yani lityum demir fosfatı düşünmek iken, lityum piller daha uygundur.
Birçok kişi "Lityum demir fosfat pillerin geleceği yok mu?" Lu Lishun, bu pil teknolojilerinin zamanla pazar uygulamaları ile örtüşen bir süreçten geçeceğini ve "lityum demir fosfat pillerin yok olmayacağını" vurguladı. Fotovoltaik hücreler, bilgisayar odaları ve veri merkezleri gibi "sabit" pazarda, Yedekleme gibi mobil olmayan ihtiyaçların olduğu alanlarda lityum demir fosfat piller hala çok rekabetçidir. Gelecekteki pazar uygulama segmentasyonu daha belirgin olacak .
Hammadde fiyatları keskin bir şekilde yükseldi ve pil fiyatları önümüzdeki yılın ilk yarısında yüksek kalmaya devam edecek
Şu anda, dünyanın en büyük beş elektrikli araç aküsü üreticisi arasında CATL, BYD, Panasonic, Samsung SDI ve LG Chem bulunmaktadır. Pil kesinlikle bir elektrikli aracın en önemli anahtar bileşenidir.Sadece yüksek güvenlik gerektirmez, aynı zamanda bir elektrikli aracın malzeme listesinin (BOM) yaklaşık% 30 ila 40'ını oluşturan yüksek bir maliyet oranına sahiptir.
İster nikel-kobalt-mangan (NCM) ister nikel-kobalt-alüminyum (NCA) piller olsun, iki önemli hammadde vardır: nikel ve kobalt Uluslararası metal pazarında kobalt fiyatı rekor seviyelere ulaşmaya devam ediyor ve hatta son beş yılda yüksek bir noktaya ulaştı. : Aralık ayındaki kobalt vadeli işlemlerinin fiyatı 75.000 (USD / metrik ton) civarında kalıyor Piyasa, fiyatın önümüzdeki yılın ilk yarısında yüksek kalmasını bekliyor.Ayrıca nikel kısmı da çok yükseldi.Londra Metal Borsası'nda (LME) nikel fiyatı bu yıl da devam edecek. Kasım ayında iki yılın en yüksek seviyesini gördü.
Şekil Üçlü lityum pillerin fiyatını etkileyen kobalt hammaddelerinin fiyatının ana faktör olacağı lityum, nikel ve kobalt hammaddelerinin son fiyat eğilimleri
Sektördeki bazı kişiler, elektrikli araçlara olan talebin artmasına rağmen, bu metal malzemelerdeki artışın aslında vadeli fiyat işlemlerinin etkisinden kaynaklandığını, ayrıca kobaltın ana kaynağının Kongo'da olduğunu ve yerel siyasi durumun istikrarsız olduğunu, bu nedenle artık piyasa arz ve talebe göre yorumlamanın mümkün olmadığını söyledi. Önümüzdeki yılın ilk yarısında üçlü lityum pillerin fiyatının artması bekleniyor.Artan maliyeti piyasa fiyatına yansıtmak ya da kendi başlarına sindirmek isteyen otomobil markaları için öncelikli olarak elektrikli araç pazarını genişletmeye ve her birini test etmeleri bekleniyor. Sektörün stratejik yargısı.
Yeni umut: tüm katı hal pilleri
Elektrikli araçların dayanıklılık aralığını artırmak için endüstri ilk olarak daha fazla pil yerleştirebilir, ancak bu daha fazla araç gövdesi alanı kaplayacaktır, bu nedenle daha pratik bir yol da pilin enerji yoğunluğunu artırmanın yollarını bulmaktır. Yeni nesil pil teknolojisini araştırın ve geliştirin Bu nedenle, üçlü lityum piller elektrikli araç pillerinin ana akımı haline gelmesine rağmen, birçok büyük şirket zaten araştırma ve geliştirmeye yatırım yaptı. Tamamen katı hal pil "(Katı Hal Pil) ".
Şekil Tüm katı hal pil
Apple, 2015'in sonunda tamamen katı hal pil şarj teknolojisiyle ilgili bir patent aldı ve dış dünya bu teknolojiyi fark etmeye başladı. Yakın zamana kadar, tamamen katı haldeki pillerin otomobil üreticileri tarafından konuşlandırılmasıyla ilgili haberler ortaya çıktı.Örneğin, Toyota'nın mevcut katı hal pil geliştirme ekibi yaklaşık 200 kişiye ulaştı ve hedef onları 2020-2025'te otomobillere tanıtmak.
Ayrıca, ünlü otomobil tasarımcısı Henrik Fisker tarafından yeni kurulan lüks bir elektrikli otomobil şirketi olan Fisker, geçtiğimiz günlerde bir patent sunarak elektrikli araçlar için en hızlı şarj süresinin sadece 1 dakika olduğunu ve seyir menzilinin 500 mil kadar olduğunu iddia etti. Fisker ayrıca 2023 yılına kadar seri üretimin mümkün olmayacağını öngörüyor .
Peki, tamamen katı halli bir pil tam olarak nedir? Lityum piller, katot malzemesi, anot malzemesi, ayırıcı ve elektrolit olmak üzere dört temel öğeye sahiptir.Örneğin, üçlü lityum piller sıvı elektrolit kullanır. Tamamı katı haldeki pil, adından da anlaşılacağı gibi sıvı kullanmaz .
Halen lityum pilin mevcut pozitif ve negatif malzemelerini kullanıyorsanız, sadece ayırma membranını ve elektroliti değiştirin, buna katı hal lityum pil denebilir veya lityum pilin bir evrimi olarak düşünülebilir.Katı hal lityum pil üretim sürecinde kullanılacaktır. Elektrolit söz konusu olduğunda, ancak bitmiş ürün söz konusu olduğunda, sıvı olmayacak ve izolasyon membranı büyük ölçüde basitleştirilecektir.Kaplama tabakası için seramik malzemeler veya hatta izolasyon membranı olmadan kullanmak mümkündür. Ek olarak, bazı tamamen katı hal piller, yukarıda belirtilen temel malzemelerin yerini almak için metallerin kullanılmasını vurgular.Örneğin, metal piller de bir tür tamamen katı hal piller olarak kabul edilebilir.
Şekil Geleneksel piller (solda) ve tamamen katı hal piller (sağda) arasındaki en büyük fark elektrolit kullanılıp kullanılmayacağıdır
Tüm katı hal pillerin tümü katı malzemeler kullanır ve sıvı sızıntısı sorunu yoktur, bu nedenle patlamaya dayanıklıdır , Yüksek güvenlik Ayrıca şarj süresi mevcut lityum iyon aküye göre daha hızlıdır.Daha önemlisi yüksek enerji yoğunluğu ve geniş kapasite özelliklerine sahiptir.Elektrikli araçlar için mevcut likit lityum iyon pilin enerji yoğunluğu yaklaşık 150-250 Wh / kg'dır. Ve laboratuvardaki katı hal pillerin enerji yoğunluğu yaklaşık 400Wh / kg'a ulaşabilir, bu da elektrikli araçların yüksek dayanıklılık ihtiyacını karşılar ve elektrikli araçların kilometrelerinin artmasına yardımcı olur.Örneğin elektrikli araçlar genellikle tek şarjla 400 kilometre yol kat edebilir. Bataryadan sonra önemli ölçüde 600 kilometreye çıkarılabileceği için yeni nesil batarya olarak kabul ediliyor.
Seri üretim 2020 sonrasına kadar beklemek zorunda kalacak
Lityum pillerin geliştirme geçmişine bakıldığında, dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları gibi BT uygulamaları olgunlaştı ve daha sonra yavaş yavaş otomotiv alanına genişledi.Ancak Lu Lishun, tamamen katı haldeki pillerin, elektrikli araçlarda kullanılmaları nedeniyle otomotiv endüstrisinin hakim olacağına inanıyor. BT ürünlerinden daha önemli faydaları olacak BT uzmanları için pil ömrü BT ürünlerinde önemlidir, ancak daha işlevsel yenilikler daha büyük bir satış noktası olacaktır.
Bu nedenle, tamamen katı haldeki akülerin, elektrikli araçlarda uygulamalarını teşvik etmek için otomobil üreticileri tarafından araştırma ve geliştirmeye aktif olarak dahil olması beklenebilir.Aslında mevcut gelişme de doğrudur. Almanya'nın BMW'si dahil olmak üzere, kısa süre önce, tamamen katı haldeki pillerin performansını yüksek performanslı elektrikli araçlar için eşiği aşmak amacıyla Amerika Birleşik Devletleri'ndeki tüm katı hal pillerinde lider bir şirket olan Solid Power ile bir ittifak yaptığını duyurdu. Buna ek olarak, Toyota Group'un bir yan kuruluşu olan Nissan, Honda ve Toyota Industries Corp, tamamı katı hal pilleri geliştiriyor.
Şekil BMW resmi blogunda Solid Power ile tamamen katı hal pilleri geliştireceğini duyurdu
Daha önce elektrikli araçların geliştirilmesine yatırım yapacağını duyuran elektrikli süpürge markası Dyson, 2020 yılında piyasaya sürülmesi beklenen bir dizi saf elektrikli aracın katı hal pilleri kullanacağını ve katı hal pillerin geliştirilmesi ve üretimine 1 milyar pound yatırım yapılmasının beklendiğini söyledi. Başlangıç şirketi Sakti3. Ancak kısa bir süre önce, katı hal pil teknolojisinden sorumlu olan Sakti3 CEO'su Ann Marie Sastry istifa etti, Dyson'ın katı hal pil üretiminin ilerlemesini etkileyip etkilemeyeceği henüz bilinmemekle birlikte, bu teknolojiye hala biraz belirsizlik getiriyor.
Yeni bir teknolojinin laboratuvardan çıkması her zaman kolay değildir. Lu Lishun, "Teknoloji henüz olgun değil ve pil tedarikçisi henüz hazır değil ve seri üretim zamanı 2020'den sonra olacak" dedi ve ayrıca otomobil üreticisinin kendi değerlendirme zamanı. Tablo, katı hal akülü elektrikli araçların yola çıkma saatini görmek istiyorsanız 2022, 2023'te daha iyi bir şans olmalı. Ancak kesin olan şey, pillerin gelecekte sıfır karbonlu bir yaşamın anahtarı olduğu ve pil araştırmacılarının dış dünyaya yeni atılımlar göstermeye devam etmesi bekleniyor.
